Παράδειγμα της αρχής AUFBAU

ο αρχή aufbau (σύνθεση) είναι μια αρχή της ατομικής φυσικής, η οποία εξηγεί τη διάταξη των ηλεκτρονίων στις τροχιές τους γύρω από τον πυρήνα του ατόμου.

Οι διάφορες μελέτες σχετικά με τη φύση και τη διαμόρφωση του ατόμου, που μας επιτρέπουν να κατανοήσουμε τα χαρακτηριστικά του, αποτέλεσαν αντικείμενο μελέτης από πολλούς ερευνητές. Μεταξύ αυτών, ξεχωρίζει το έργο του Niels Bohr, ενός Δανού φυσικού, ο οποίος τελειοποίησε το ατομικό μοντέλο που πρότεινε ο Ernest Rutherford.

Το μοντέλο του έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: ο πυρήνας του ατόμου καταλαμβάνει το κέντρο, ενώ το ηλεκτρόνιο περιστρέφεται γύρω από κυκλικές τροχιές. Για να εξηγήσουμε γιατί δεν χάνει ενέργεια στην κυκλική τροχιά και λαμβάνοντας υπόψη τις ανακαλύψεις της κυματολογικής συμπεριφοράς και του τον ίδιο χρόνο σωματιδίων που έχουν τα ηλεκτρόνια, θεώρησε ότι τα ηλεκτρόνια πηδούν από το επίπεδο ενέργειας στο άλλο, εκπέμπουν ή απορροφούν Ενέργεια.

Γνωρίζατε ότι αυτά τα τροχιακά επίπεδα διέπονται από την εξίσωση 2n²Με άλλα λόγια, ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων σε τροχιά είναι ίσος με το διπλάσιο του τετραγώνου του αριθμού της τροχιάς. Για τα στοιχεία που είναι γνωστά μέχρι σήμερα, έχουμε 7 γνωστές τροχιές, στις οποίες η τροχιά Κ έχει 2 ηλεκτρόνια, τα L, 8 ηλεκτρόνια. Το Μ έχει 18 ηλεκτρόνια, το Ν περιέχει 32, το Ο περιέχει 50, το P περιέχει 72 και το Q περιέχει 98.

Ανακαλύφθηκε επίσης ότι τα ηλεκτρόνια έχουν τέσσερις κβαντικούς αριθμούς: το κύριο n, το οποίο δείχνει την απόσταση τους από τον πυρήνα. τον αζιμουθιακό κβαντικό αριθμό, l, που δείχνει την τροχιακή όπου βρίσκεται ένας μαγνητικός κβαντικός αριθμός m (s, p, d, f, κλπ), ο οποίος καθορίζει την τροχιά του μέσα σε μια τροχιακή και έναν αριθμό περιστροφής, που μπορεί να είναι θετικός ή αρνητικός, με τιμή 1/2. Αυτά τα δύο ηλεκτρόνια στην ίδια διαδρομή, (ίδιοι αριθμοί n και l) δεν μπορούν να έχουν τον ίδιο μαγνητικό κβαντικό αριθμό ή τον ίδιο αριθμό περιστροφής ταυτόχρονα. Δηλαδή, δύο ηλεκτρόνια σε ένα άτομο δεν μπορούν να έχουν και τους τέσσερις ίσους κβαντικούς αριθμούς (αρχή αποκλεισμού Pauli)

Αυτό οδήγησε στο συμπέρασμα ότι για να συνυπάρχουν διαφορετικά ηλεκτρόνια στο ίδιο τροχιακό επίπεδο, τα επίπεδα η ενεργειακή χωρίζεται σε υποεπίπεδα, καθένα από τα οποία με τη σειρά του χωρίζεται σε τροχιακά που μπορούν να περιέχουν μόνο ένα ζεύγος ηλεκτρόνια.

Σύμφωνα με αυτήν την παρατήρηση, το επίπεδο ενέργειας Κ περιέχει μόνο ένα υπόστρωμα, που ονομάζεται επίπεδο s, το οποίο μπορεί να καταληφθεί από ένα ή δύο ηλεκτρόνια.

Το επόμενο επίπεδο, L, θα έχει τέσσερα ηλεκτρονικά επίπεδα: ένα επίπεδο s, που ονομάζεται 2s, και ένα επίπεδο που ονομάζεται 2p, το οποίο με τη σειρά του αποτελείται από τρία τροχιακά, που ονομάζεται 2p_Χ, 2 σελ_Γ και 2p_ζ. Το τρίτο επίπεδο θα έχει τα ακόλουθα δευτερεύοντα επίπεδα: 3s, 3p και 3d. Το 3ο επίπεδο θα έχει 5 τροχιακά, καθένα από τα οποία θα καταλαμβάνεται από δύο ηλεκτρόνια. Τα ακόλουθα επίπεδα μπορούν να έχουν τροχιακά που θα προστεθούν, με τα γράμματα f, g, h και i.

Σε αυτό προσθέτουμε ότι όταν τα ηλεκτρόνια δεν είναι αρκετά για να ολοκληρώσουν ένα επίπεδο ενέργειας, αυτά κατανέμονται στις τροχιές. (Ο κανόνας του Χουντ).

Αυτά τα δευτερεύοντα επίπεδα και τα τροχιακά δεν γεμίζονται τυχαία. Τα ηλεκτρόνια στις τροχιές οργανώνονται γεμίζοντας πρώτα τα χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας και μετά τα υψηλότερα επίπεδα ενέργειας. Αυτό απεικονίζεται γραφικά και για το λόγο αυτό ονομάζεται κανόνας του πριονιού ή των διαγώνων.

Σύμφωνα με τους προηγούμενους κανόνες, τα τροχιακά επίπεδα των 10 πρώτων στοιχείων του περιοδικού πίνακα, αντιπροσωπεύονται με τον ακόλουθο τρόπο:

Η: 1δ¹
Αυτός: 1δ²
Λι: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα¹
Να: 1s² , 2 δευτερόλεπτα²
Β: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ¹ (1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², [2 σελ_Χ¹)
Γ: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ² (1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², [2 σελ_Χ¹, 2 σελ_Γ¹])
Ν: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ³ (1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², [2 σελ_Χ¹, 2 σελ_Γ¹, 2 σελ_ζ¹])
Ο: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁴ (1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², [2 σελ_Χ², 2 σελ_Γ¹, 2 σελ_ζ¹])
F: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁵ (1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², [2 σελ_Χ², 2 σελ_Γ², 2 σελ_ζ¹])
Ne: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶ (1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², [2 σελ_Χ², 2 σελ_Γ², 2 σελ_ζ²])

Όπως βλέπουμε σε αυτά τα παραδείγματα, πρώτα γεμίζονται τα επίπεδα με λιγότερη ενέργεια, τα οποία σε αυτήν την περίπτωση είναι τα επίπεδα s και μετά το επίπεδο p.

Μπορούμε επίσης να παρατηρήσουμε ότι ο κορεσμός των επιπέδων συμβαίνει με τα αδρανή αέρια Helium και Neon.

Σε πολλούς περιοδικούς πίνακες βρίσκουμε ως μέρος των δεδομένων την ηλεκτρονική δομή των επιπέδων ενέργειας, και Εν συντομία, βρίσκουμε σε παρένθεση το αδρανές στοιχείο πριν από το στοιχείο και μετά τα υπόλοιπα επίπεδα τροχιακά.

Για παράδειγμα, στην περίπτωση του νατρίου, μπορούμε να το δούμε να αντιπροσωπεύεται με έναν από τους δύο αυτούς τρόπους:

Na: 1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ¹
Na: [Ne], 3δ¹

Τώρα, αν κοιτάξουμε το γράφημα των επιπέδων, θα δούμε, για παράδειγμα, ότι σε στοιχεία, όπως το κάλιο ή Το ασβέστιο, παρά το ότι βρίσκεται στο επίπεδο 4, δεν θα καταλάβει το 3ο επίπεδο, αφού έχει υψηλότερη ενέργεια από επίπεδο 4s. Έτσι, σύμφωνα με τον κανόνα του Bohr, το επίπεδο 4s θα καταληφθεί πρώτα, πριν από το 3d:

Κ: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ¹ - [Ar], 4s¹
Ca: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ² - [Ar], 4s²
Sc: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ¹, 3δ¹ - [Ar], 4s¹, 3δ¹
Ti: 1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ² - [Ar], 4s², 3δ²

Η ακολουθία της σειράς των τροχιακών σύμφωνα με την αρχή του Aufbau και την οποία μπορούμε να συμπεράνουμε παρατηρώντας τις διαγώνιες του γραφήματος, θα ήταν η ακόλουθη:

1δ², 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ², 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα², 4δ¹⁰, 5 σελ⁶, 6 δευτ², 4στ¹⁴, 5 δ¹⁰, 6 σελ⁶, 7 δευτ²

Παραδείγματα της αρχής του Aufbau

Αναπαράσταση των ηλεκτρονικών επιπέδων ορισμένων στοιχείων σύμφωνα με την αρχή του Aufbau:

Ναι: 1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ², 3 σελ² - [Ne], 3s², 3 σελ²
Ρ: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ², 3 σελ⁴ - [Ne], 3s², 3 σελ⁴
Ar: P: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ², 3 σελ⁶ - [Ne], 3s², 3 σελ⁶
V: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ³ - [Ar], 4s², 3δ³
Πίστη: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ⁶ - [Ar], 4s², 3δ⁶
Zn: 1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰ - [Ar], 4s², 3δ¹⁰
Ga: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ¹ - [Ar], 4s², 3δ¹⁰, 4ρ¹
Ge: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ² - [Ar], 4s², 3δ¹⁰, 4ρ²
Br: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁵ - [Ar], 4s², 3δ¹⁰, 4ρ⁵
Kr: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶ - [Ar], 4s², 3δ¹⁰, 4ρ⁶
Rb: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα¹ - [Kr], 5s¹
Sr: 1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα² - [Kr], 5s²
Υ: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα², 4δ¹ - [Kr], 5s², 4δ¹
Zr: 1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα², 4δ² - [Kr], 5s², 4δ²
Ag: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα², 4δ⁹ - [Kr], 5s², 4δ⁹
Cd: 1 δευτ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα², 4δ¹⁰ - [Kr], 5s², 4δ¹⁰
Εγώ: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα², 4δ⁹, 5 σελ⁵ - [Kr], 5s², 4δ⁹, 5 σελ⁵
Xe: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα², 4δ¹⁰, 5 σελ⁶ - [Kr], 5s², 4δ¹⁰, 5 σελ⁶
Cs: 1s² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα², 4δ⁹, 5 σελ⁶, 6 δευτ¹ - [Xe], 6 δευτερόλεπτα¹
Μπα: 1δ² , 2 δευτερόλεπτα², 2 σελ⁶, 3δ² , 3 σελ⁶, 4δ², 3δ¹⁰, 4ρ⁶, 5 δευτερόλεπτα², 4δ¹⁰, 5 σελ⁶, 6 δευτ² - [Xe], 6 δευτερόλεπτα²